JP2011085710A - 高圧電源装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現像画像の濃度むら等を抑え、画像品質の向上を可能とする画像形成装置を提供する。
【解決手段】電源ユニット５０は、現像スリーブの負荷の変動に応じて現像バイアス電圧の直流成分及び交流成分をそれぞれ可変に制御する。各色別（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）で可変に制御された現像バイアス電圧は、出力端５６から各色別の現像スリーブに印加される。直流成分及び交流成分の出力をそれぞれに制御できるため、各種の感光体特性に依存することなく現像スリーブの負荷変動に応じた現像バイアス電圧の制御が可能となり、現像した画像の品質を向上させることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、現像バイアス電圧の制御が可能な高圧電源装置及び現像ユニットを備えた画像形成装置に関する。

一般的に画像形成装置による画像形成（電子写真）プロセスでは、表面に静電潜像が形成された状態の感光体ドラムに対し、現像スリーブから現像剤（トナー）を移行させることで静電潜像の現像が行われている。このとき現像剤の移行には通常、現像バイアス電圧の印加により発生する電界（電場）を利用しているが、このとき例えば、現像スリーブの表面で現像剤の層厚が不均一になっていたり、現像スリーブ又は感光体ドラムに偏心が生じていたりすると、現像スリーブと感光体ドラムとの間の距離（間隔）が変動するため、それによって現像バイアス電圧による電界強度が不安定になりやすい。この場合、電界強度のばらつきに伴って現像剤の移行（移行する現像剤の量）も不安定になるため、現像された画像に濃度むらや過剰な現像（いわゆる「カブリ」）、線幅の変動等が発生して画質が劣化することがある。

このため従来、直流電圧と交流電圧とを重畳した現像バイアス電圧を現像スリーブに印加して、現像スリーブと感光体ドラムとの間に生じる電界の強度を一定に維持する先行技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この先行技術は、現像バイアス電圧の直流成分には定電圧直流電圧を使用し、交流成分には制御回路で定電流制御された交流電圧を使用するものである。そして、これら定電圧直流電圧と定電流交流電圧とを重畳させた現像バイアス電圧を現像スリーブへ印加して、現像スリーブと感光体ドラムとの間に生じる電界の強度をある程度一定に保持している。

この他に、現像バイアス電源の出力端側にコンデンサと抵抗器とを並列に配置し、直流電圧検出手段によって出力端側の直流成分の電流を検出するとともに、直流電圧電源からは一定の出力を供給するという先行技術が知られている（例えば、特許文献２参照。）。

上述した先行技術（特許文献１，２）によれば、定常的に現像バイアス電圧を一定に制御することで電界強度の変動を抑え、それによってある程度は現像時の画質の劣化を防止することができると考えられる。

特開平６−１８６８３０号公報（第６頁、図１、図２） 特許第３０９６１５６号公報

しかしながら、上述した先行技術（特許文献１，２）はいずれも、現像バイアス電圧を調整する際、直流電圧電源の出力については現像スリーブの負荷の変動に関わらず一定に制御（定電圧制御）している。このため、例えば現像スリーブと感光体ドラムとの間の距離が変化したり、感光体ドラムの回転が増速して現像時間が短縮されたりした場合、その都度、現像スリーブの負荷が大きく変動するため、交流成分を可変に制御しているだけでは所望の現像バイアス電圧を印加することができなくなってしまう。これは、静電潜像の現像に必要な電界の発生を主として直流成分に依存しており、交流成分は補助的に使用されているという背景からも理解できる。したがって先行技術の手法では、現像スリーブの負荷が変動した場合に現像バイアス電圧の制御が充分に追従することができず、その結果、上記のような画質の劣化を招いてしまうという問題がある。

また、定電圧制御によって直流成分については一定の電圧を出力しつつ、交流成分の出力のみを可変に制御しても、感光体の有する特性によっては所望の画像品質を維持できない場合がある。例えば、先行技術等に見られるように、感光体ドラムの外周面に有機感光体（ＯＰＣ）が適用されている場合であれば、現像バイアス電圧の直流成分の出力を一定にし、交流成分の出力を制御することで所望の画像品質が得られると考えられる。しかしながら、感光体としてアモルファスシリコンを適用した場合、有機感光体（ＯＰＣ）に比較して感光体表面の電位が高く、それだけ現像スリーブの負荷の変動が大きくなる。この場合、先行技術のように交流成分の出力のみを調整しただけでは、安定した画像品質を充分に維持することができないという問題がある。

そこで本発明は、負荷の変動に応じて現像バイアス電圧を適切に制御するとともに、感光体の特性に左右されることなく画像品質を維持することができる技術の提供を課題としている。

上記の課題を解決するため、第１に本発明は、像担持体の表面に形成された静電潜像を、現像剤担持体に担持された現像剤により現像する際に現像剤担持体に対して現像剤を用いた静電潜像の現像に必要な現像バイアス電圧として定電圧直流電圧と定電圧交流電圧とを重畳した電圧を印加する高圧電源装置を提供する。特に本発明の高圧電源装置は、現像バイアス電圧に含まれる直流成分を出力する定電圧直流電源部と、現像バイアス電圧に含まれる交流成分を出力する定電圧交流電源部と、静電潜像の現像に要する負荷の変動に応じて直流成分及び交流成分の各々の出力を可変に制御する制御回路とを備えるものである。

本発明の高圧電源装置によれば、何らかの要因により現像に要する負荷が変動しても、その負荷変動に応じて直流成分及び交流成分の各々の出力を可変に制御することができる。特に直流成分は、現像剤の移行に際して主要となる電界の発生に寄与するものであるため、本発明において現像バイアス電圧の直流成分を負荷変動に応じて可変に制御することが画像品質の向上に極めて有効である。また、直流成分だけでなく交流成分についても出力を可変に制御するため、様々な負荷の変動に応じて現像バイアス電圧の適切な制御が可能となる。

また本発明の高圧電源装置は、静電潜像の現像に要する現像剤担持体の負荷を検出する負荷検出回路をさらに備えることができる。この場合、上記の制御回路は、負荷検出回路により検出された負荷の変動に応じて直流成分及び交流成分の各々の出力を可変に制御することが好ましい。

上記の態様であれば、予め負荷検出回路で現像剤担持体の負荷を検出することにより、この負荷に応じて制御信号を制御回路で生成し、現像バイアス電圧の直流成分及び交流成分の各々の出力をリアルタイムに制御することができる。

本発明の高圧電源装置において、上記の負荷検出回路は、現像剤担持体と像担持体との間に生じる電界の強度に基づいて現像剤担持体の負荷を検出することができる。また制御回路は、直流成分及び交流成分の出力の各々について、現像剤担持体の負荷に対応した出力の適正値を予め記憶した記憶部を有しており、この記憶部から負荷検出回路により検出された負荷に対応する適正値を読み出して直流成分及び交流成分の出力の各々を制御することができる。

この場合、現像バイアス電圧によって生じている電界強度の変化を負荷の変動としてダイレクトに検出することができるので、より高精度な可変制御が可能となる。また、そのときの負荷に応じて予め可変制御の適正値が設定されているため、その都度、制御上の目標値を演算する必要がなく、それだけ制御回路の負担を軽減することができるし、制御上の不安定な挙動（例えばオーバシュートやハンチング等）の発生を確実に防止することができる。

第２に本発明は、表面に静電潜像が形成された像担持体と、像担持体に対向して配置され静電潜像を現像するための現像剤を担持する現像剤担持体と、現像剤担持体に対し必要な現像バイアス電圧を印加する電源ユニットとを備えた画像形成装置を提供する。特に上記の電源ユニットは、現像バイアス電圧の直流成分を出力する定電圧直流電源部と、現像バイアス電圧の交流成分を出力する定電圧交流電源部と、静電潜像の現像に要する現像剤担持体の負荷の変動に応じて直流成分及び交流成分の各々の出力を可変に制御する制御回路とを有する。

本発明の画像形成装置によれば、何らかの要因により現像に要する負荷が変動しても、その負荷変動に応じて直流成分及び交流成分の各々の出力を可変に制御することができる。特に画像形成装置においては、静電潜像の現像の他にも印刷媒体の供給（給紙）や搬送、印刷媒体への現像画像の転写及び定着、排紙等の各種動作（場合によっては原稿の読取動作）にも電力を消費するため、電源ユニットから画像形成装置の各部に電力を供給している場合、その影響で現像剤担持体の負荷が変動する場合もある。その上で現像バイアス電圧の直流成分は、現像剤の移行に際して主要となる電界の発生に寄与するものであるため、本発明において現像バイアス電圧の直流成分を負荷変動に応じて可変に制御することが画像品質の向上に極めて有効である。また、直流成分だけでなく交流成分についても出力を可変に制御するため、様々な負荷の変動に応じて現像バイアス電圧の適切な制御が可能となり、その結果、画像品質の維持や向上に大きく寄与することができる。

本発明の画像形成装置において、上記の電源ユニットは、静電潜像の現像に要する前記現像剤担持体の負荷を検出する負荷検出回路をさらに有することができる。この場合、制御回路は、負荷検出回路により検出された負荷の変動に応じて直流成分及び交流成分の各々の出力を可変に制御することができる。

この場合も同様に、現像バイアス電圧によって生じている電界強度の変化を負荷の変動としてダイレクトに検出することができるので、より高精度な可変制御が可能となる。また、静電潜像の現像とは別に画像形成装置の各種動作に起因した負荷の変動にも迅速に対応することができるため、画像形成装置として実用的な制御を実現することができる。

また負荷検出回路は、現像剤担持体と像担持体との間に生じる電界の強度に基づいて現像剤担持体の負荷を検出することが好ましい。さらにこの検出された負荷に対して制御回路は、予め負荷に対応した現像バイアス電圧の適正値を記憶した記憶部を有し、記憶部から負荷に対応する適正値を読み出して現像バイアス電圧の直流成分及び交流成分の出力をそれぞれ制御することが好ましい。

この場合も同様に、現像バイアス電圧によって生じている電界強度の変化を負荷の変動としてダイレクトに検出することができる。また、画像形成に必要な各種の動作に起因して負荷が変動した場合でも、電界強度の変化から負荷の変動を迅速に検出することができるため、より高精度な可変制御が可能となる。また同様に、そのときの負荷に応じて予め可変制御の適正値が設定されているため、その都度、制御上の目標値を演算する必要がなく、それだけ制御回路の負担を軽減することができるし、制御上の不安定な挙動（例えばオーバシュートやハンチング等）の発生を確実に防止することができる。

本発明の画像形成装置は、像担持体としてアモルファスシリコンの感光体を搭載した形態に好適である。

感光体をアモルファスシリコンとした場合、有機感光体（ＯＰＳ）に比較して電位が高く、それだけ現像に必要な電界の発生が直流成分に依存する割合が高くなる。したがって、本発明のように現像バイアス電圧の交流成分だけでなく、直流成分の出力をも可変に制御する手法を採用すれば、感光体の特性に応じて生じる現像剤担持体の負荷の変動に対して動的に対応しつつ、電界の強度を一定に保持して画像の品質を維持又は向上することができる。

以上のように本発明の高圧電源装置及び画像形成装置は、現像剤担持体に印加する現像バイアス電圧の直流成分および交流成分の各々の出力を負荷の変動に合わせて最適化でき、それによって画像品質を向上させることができる。

一実施形態の画像形成装置の構成を示した概略図である。 電源ユニットの構成を概略的に示すブロック図である。 負荷変動制御処理による現像バイアス電圧制御のフローチャートである。 直流電圧を交流電圧に重畳した現像バイアス電圧の波形（基本例）を示す概略図である。 現像バイアス電圧の基本例から直流成分を可変制御した場合の第１制御例を示す概略図である。 現像バイアス電圧の基本例から交流成分を可変制御した場合の第２制御例を示す概略図である。 現像バイアス電圧の基本例から交流成分と直流成分の各々の出力を可変制御した場合の第３制御例を示す概略図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。

図１は、一実施形態の画像形成装置１の構成を示した概略図である。画像形成装置１は、例えば外部から入力された画像情報に基づいて印刷用紙等の印刷媒体の表面にトナー画像を転写して印刷を行うプリンタ、複写機、ファクシミリ装置、それらの機能を併せ持つ複合機等としての形態をとることができる。

図１に示される画像形成装置１は、例えばタンデム型のカラープリンタである。この画像形成装置１は、内部で用紙にカラー画像を形成（プリント）する四角箱状の装置本体２を備え、この装置本体２の上面部には、カラー画像が印刷された用紙を排出するための用紙排出部（排出トレイ）３が設けられている。

装置本体２内において、その下部には、用紙を収納する給紙カセット５が配設されている。また装置本体２内の中央部には、手差しの用紙を供給するスタックトレイ６が配設されている。そして装置本体２の上部には画像形成部７が設けられており、この画像形成部７は、装置外部から送信されてくる文字や絵柄などの画像データに基づいて用紙に画像を形成する。

図１中でみて装置本体２の左部には、給紙カセット５から繰り出された用紙を画像形成部７に搬送する第１の搬送路９が配設されている。また装置本体２の右部から左部にかけては、スタックトレイ６から繰り出された用紙を画像形成部７に搬送する第２の搬送路１０が配設されている。また装置本体２内の左上部には、画像形成部７で画像が形成された用紙に対して定着処理を行う定着ユニット１４と、定着処理の行われた用紙を用紙排出部３に搬送する第３の搬送路１１とが配設されている。

給紙カセット５は、装置本体２の外部（例えば図１中の手前側）に引き出すことにより用紙の補充を可能にする。この給紙カセット５は収納部１６を備えており、この収納部１６には、給紙方向のサイズが異なる少なくとも２種類の用紙を選択的に収納可能である。なお収納部１６に収納されている用紙は、給紙ローラ１７及び捌きローラ１８により１枚ずつ第１の搬送路９側に繰り出される。

スタックトレイ６は、装置本体２の外面にて開閉可能であり、その手差し部１９には手差し用の用紙が１枚ずつ載置されるか、又は複数枚が積載される。なお、手差し部１９に載置された用紙はピックアップローラ２０及び捌きローラ２１により１枚ずつ第２の搬送路１０側に繰り出される。

第１の搬送路９と第２の搬送路１０とはレジストローラ２２の手前で合流しており、レジストローラ２２に供給された用紙はここで一旦待機し、スキュー調整とタイミング調整を行った後、二次転写部２３に向けて送出される。送出された用紙には、二次転写部２３で中間転写ベルト４０上のフルカラーのトナー画像が二次転写される。この後、定着ユニット１４でトナー画像が定着された用紙は、必要に応じて第４の搬送路１２で反転され、最初とは反対側の面にも二次転写部２３でフルカラーのトナー画像が二次転写される。そして、反対面のトナー画像が定着ユニット１４で定着された後、第３の搬送路１１を通って排出ローラ２４により用紙排出部３に排出される。

画像形成部７は、ブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の各トナー画像を形成する４つの画像形成ユニット２６〜２９を備える他、これら画像形成ユニット２６〜２９で形成された各色別のトナー画像を合成して担持する中間転写部３０を備えている。

各画像形成ユニット２６〜２９は、感光体ドラム３２（像担持体）と、感光体ドラム３２の周面に対向して配設された帯電部３３と、帯電部３３の下流側であって感光体ドラム３２の周面上の特定位置にレーザビームを照射するレーザ走査ユニット３４と、レーザ照射ユニット３４からのレーザビーム照射位置の下流側であって感光体ドラム３２の周面に対向して配設された現像部３５と、現像部３５の下流側であって感光体ドラム３２の周面に対向して配設されたクリーニング部３６とを備えている。さらに現像部３５は現像剤を担持する現像スリーブ３７（現像剤担持体）を有しており、現像スリーブ３７と感光体ドラム３２とは互いに対向している。

なお、各画像形成ユニット２６〜２９の感光体ドラム３２は、図示しない駆動モータにより図中の反時計周りに回転する。また、各画像形成ユニット２６〜２９の現像部３５には、各トナーボックス５１にブラックトナー、シアントナー、マゼンタトナー及びイエロートナーがそれぞれ収納されている。

中間転写部３０は、画像形成ユニット２６の近傍位置に配設された後ローラ（駆動ローラ）３８と、画像形成ユニット２９の近傍位置に配設された前ローラ（従動ローラ）３９と、後ローラ３８と前ローラ３９とに跨って配設された中間転写ベルト４０と、各画像形成ユニット２６〜２９の感光体ドラム３２における現像部３５の下流側の位置に中間転写ベルト４０を介して圧接可能に配設された４つの転写ローラ４１とを備えている。

この中間転写部３０では、各画像形成ユニット２６〜２９の転写ローラ４１の位置で、中間転写ベルト４０上に各色別のトナー画像がそれぞれ重ね合わせて転写されて、最後にはフルカラーのトナー画像となる。

第１の搬送路９は、給紙カセット５から繰り出されてきた用紙を中間転写部３０側に搬送するものであり、装置本体２内で所定の位置に配設された複数の搬送ローラ４３と、中間転写部３０の手前に配設され、画像形成部７における画像形成動作と給紙動作とのタイミングを取るためのレジストローラ２２とを備えている。

定着ユニット１４は、画像形成部７でトナー画像が転写された用紙を加熱及び加圧することにより、未定着トナー画像を用紙に定着させる処理を行うものである。定着ユニット１４は、例えば加熱式の加圧ローラ４４と定着ローラ４５からなるローラ対を備え、このうち加圧ローラ４４が例えば金属製であり、定着ローラ４５が金属製の芯材と弾性体の表層（例えば、シリコンスポンジ）及び離型層（例えば、ＰＦＡ）を有するものである。また定着ローラ４５に隣接しているヒートローラ４６が設けられており、このヒートローラ４６と定着ローラ４５には加熱ベルト４８が掛け回されている。

用紙の搬送方向でみて、定着ユニット１４の上流側及び下流側にはそれぞれ搬送路４７が設けられており、中間転写部３０を通って搬送されてきた用紙は上流側の搬送路４７を通じて加圧ローラ４４と定着ローラ４５との間のニップに導入される。そして、加圧ローラ４４及び定着ローラ４５間を通過した用紙は下流側の搬送路４７を通じて第３の搬送路１１に案内される。

第３の搬送路１１は、定着ユニット１４で定着処理の行われた用紙を用紙排出部３に搬送する。このため第３の搬送路１１には、適宜位置に搬送ローラ４９が配設されるとともに、その出口には上記の排出ローラ２４が配設されている。

図２は、電源ユニット５０の構成を概略的に示したブロック図である。電源ユニット５０は、上述した装置本体２に内蔵されており、この電源ユニット５０は、各種の動作（帯電、現像、転写等）に必要な電力を供給する。

電源ユニット５０は高圧電源装置の一例であり、この電源ユニット５０は画像形成装置１による画像形成動作に関して、各色別（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）の現像スリーブ３７に現像バイアス電圧を印加することができる。以下においては電源ユニット５０が各色別に設けられていることを前提とし、特に言及しない限り、各部の構成の説明については全色で共通に該当するものとする。ただし、制御の動作や負荷の検出については各色別に行われる。

電源ユニット５０は主に、直流電源部５２及び交流電源部５４を有しており、これら直流電源部５２及び交流電源部５４により現像バイアス電源部５８が構成されている。このうち直流電源部５２は、例えばトランスにより変圧した交流電圧を整流器で直流電圧に変換し、これを定電圧直流電圧（直流成分）として出力する。また交流電源部５４は、トランスにより変圧した交流電圧を定電圧交流電圧（交流成分）として出力するとともに、これを上記の定電圧直流電圧に重畳させて現像バイアス電圧として出力する。

交流電源部５４には出力端５６が接続されており、電源ユニット５０は、出力端５６を介して現像スリーブ３７にそれぞれ接続されている。このため電源ユニット５０は、出力端５６を通じて現像スリーブ３７に現像バイアス電圧（定電圧直流電圧と定電圧交流電圧とを重畳させたもの）を印加することができる。

電源ユニット５０には、例えば現像スリーブ３７の負荷を検出するための負荷検出回路６０が設けられており、この負荷検出回路６０は交流電源部５４に接続されている。負荷検出回路６０は、例えば出力端５６へ流れる電流を現像スリーブ３７の負荷として検出することができる。なお、ここでは交流電源部５４に負荷検出回路６０を接続した形態を例に挙げているが、負荷検出回路６０は、例えば出力端５６（又は現像スリーブ３７）に接続された状態で現像スリーブ３７の負荷を検出することもできる。

また電源ユニット５０は制御回路６２を有しており、この制御回路６２には、上記の負荷検出回路６０から負荷の検出信号が入力されるものとなっている。そして、制御回路６２は直流電源部５２及び交流電源部５４に対してそれぞれ接続されることで、定電圧直流電圧の出力や定電圧交流電圧の振幅、デューティ比等を各々に制御することができる。

制御回路６２はさらに記憶部６４を備えている。この記憶部６４は、例えばＲＯＭ等のメモリデバイスであり、その記憶領域には、負荷検出回路６０で検出された負荷の変動を書き込んだり、そのときの負荷の変動に対応する現像バイアス電圧の適正値のデータを予め記憶しておいたりすることができる。さらに記憶部６４には、現像バイアス電圧の制御に際して制御回路６２が実行する制御プログラム（ソフトウェア）が記憶されている。

現像スリーブ３７の負荷の変動は、例えば現像スリーブ３７と感光体ドラム３２との間の距離（間隔）の変動によって生じることがある。あるいは、現像の他にも各種の動作に起因した電源電圧の変動により、現像時に印加されるべき現像バイアス電圧が変動した状態で間接的に現像スリーブ３７の負荷が変動する場合もある。

上記の現像スリーブ３７と感光体ドラム３２との間の距離の変動は、例えば現像スリーブ３７の周面上に形成される現像剤の層厚が変化することによって発生する。また、例えば現像スリーブ３７や感光体ドラム３２に偏心が生じている場合、これらの回転に伴い現像スリーブ３７と感光体ドラム３２との間隔が不規則に変動し、電界強度が高くなる。すなわち、現像スリーブ３７と感光体ドラム３２との間の距離が小さくなると、現像スリーブ３７の負荷はそれまでに比較して大きくなる。このとき負荷検出回路６０は、電流値の低下に基づいて負荷の増加をリアルタイムで検出し、その検出信号を制御回路６２へ送信する。

上記のように負荷の増加が検出されると、制御回路６２は、記憶部６４からそのときの負荷に応じた出力の適正値を読み出し、その適正値に基づいて現像バイアス電圧の直流成分の出力については電圧を低下させ、交流成分の出力については振幅（ピーク電圧）を減衰させる方向で制御信号を生成する。この制御信号に基づいて、現像バイアス電源部５８が実際に定電圧直流電圧の出力を低下させるとともに、定電圧交流電圧の振幅（ピーク電圧）を減衰させた状態でこれらを重畳した現像バイアス電圧を現像スリーブ３７に印加する。これにより現像スリーブ３７と感光体ドラム３２との間に生じる電界の強度を一定の強度になるまで下げることができる。

一方、現像スリーブ３７の負荷が低下（減少）した場合は、上記の定電圧直流電圧の出力を上げるとともに、定電圧交流電圧の振幅を増幅させた状態でこれらを重畳した現像バイアス電圧を印加する。これにより、現像スリーブ３７と感光体ドラム３２との間に生じる電界の強度を一定の強度になるまで上昇させることができる。なお、上述した現像スリーブ３７の負荷と、電界の強度との関係は一例を示したものであり、負荷の増加が検出されると電界の強度を一定の強度になるまで上昇させたり、またこの逆の関係になったりする場合も有り得る。

このように、負荷検出回路６０で検出された負荷の変動に基づいて制御回路６２が所望の現像バイアス電圧を出力するための制御信号を生成し、直流電源部５２及び交流電源部５４では現像バイアス電圧の直流成分及び交流成分の各々の出力が可変に制御される。そして、制御された現像バイアス電圧は上記のように出力端５６を介して現像スリーブ３７へ印加され、その結果、現像に必要な電界の強度が一定に制御されることになる。これにより、現像された画像の濃度むらやカブリ、線幅の変動等を抑え、高品質な画像を形成することができる。

以上が電源ユニット５０による現像バイアス電圧の可変制御の概要であるが、より具体的には、制御回路６２が制御プログラムとして負荷変動制御処理を実行することで上記の可変制御が実現されている。また可変制御は、上記のように各色別（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）のそれぞれについて、各色別に現像スリーブ３７の負荷変動に応じて実行されている。

図３は、負荷変動制御処理の手順例を示すフローチャートである。以下、制御回路６２による現像バイアス電圧の制御手法について具体的に説明する。

ステップＳ１０で制御回路６２は、負荷検出回路６０から送信される検出信号に基づき、現像スリーブ３７の負荷を検出する。ここでは例えば、出力端５６に流れる電流値を上記の負荷検出回路６０で検出することにより、現像スリーブ３７にかかる負荷を検出することができる。通常、電流値が増加していれば負荷は減少しており、逆に電流値が低下していれば負荷は増加していると考えられる。ステップＳ１０で負荷を検出すると、制御回路６２は次にステップＳ１２に進む。

ステップＳ１２で制御回路６２は、検出された負荷が検出前と比べて変動しているか否かを判断する。検出された負荷に変動が生じていると判断すると（Ｙｅｓ）、制御回路６２は次にステップＳ１４を実行する。このとき、負荷が変動しているか否かの判断は、例えば前回と今回とでそれぞれ検出された負荷の差をとり、その値を基準値（閾値）と比較することで行われる。すなわち、負荷の差が基準値を超えていれば変動が生じたと判断し、差が基準値以下であれば変動が生じていないと判断する。これにより、実用上は無視できる小さな負荷の変動に対して過剰に反応することなく、安定した制御動作を実現することができる。

一方、特に負荷変動が検出されていないと判断すると（Ｎｏ）、制御回路６２はステップＳ１４を実行することなくステップＳ１６へ進む。

いずれにしても、制御回路６２は負荷の変動があったと判断した場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、次のステップＳ１４で今回の負荷の情報を記憶部６４へ一時的に記憶（書き込み）する。

次にステップＳ１６では、制御回路６２は今回のタイミングで画像を形成するか否か（トナーによる現像を行うか否か）の判断を行う。画像を形成する場合（Ｙｅｓ）、制御回路６２は次にステップＳ１８に進む。これに対し、特に今回のタイミングで画像を形成しない場合（Ｎｏ）、制御回路６２はここで一旦、負荷変動制御処理から抜け、従前の処理（例えば、図示しないメインプログラム）に復帰する（リターン）。

画像形成を行う場合（ステップＳ１６：Ｙｅｓ）、次のステップＳ１８で制御回路６２は、予め記憶部６４に記憶されている適正値（負荷の変動に応じた直流成分及び交流成分の各々の適正値）を読み出し、出力すべき制御信号を生成する。

ステップＳ２０で制御回路６２は、制御の対象となる交流電源部５４又は直流電源部５２に対して制御信号を出力する。これにより、定電圧直流電圧（直流成分）及び定電圧交流電圧（交流成分）のうち少なくとも一方が可変に制御される。なお、ここでは常に定電圧直流電圧及び定電圧交流電圧の両方が可変制御されるのではなく、いずれか一方だけが可変制御される場合もある。

このように負荷の変動に応じて、制御回路６２は制御信号の生成を行い、制御対象となる電源部５２，５４へ制御信号を出力し、各々の出力が可変制御された状態で重畳後の現像バイアス電圧が生成されることになる。

〔基本例〕
図４は、定電圧直流電圧と定電圧交流電圧とを重畳した現像バイアス電圧の波形を示す概念図である。なお本実施形態では、図４に示される波形を現像バイアス電圧の基本例としている。

この基本例では、周波数が３ｋＨｚ、デューティ比が３０％、ピーク電圧Ｖｐｐが１．６ｋＶの定電圧交流電圧に２００Ｖの定電圧直流電圧を重畳させることで、出力波形を全体的に振幅方向でみて正（＋）の方向にシフトさせている。

〔第１制御例〕
次に図５は、図４に示される基本例の波形において、そこから現像バイアス電圧の直流成分を可変制御した場合の第１制御例を示す概略図である。この第１制御例では、制御回路６２から出力された制御信号により直流電源部５２からの出力が２００Ｖから２２０Ｖへ変更（増加）されている。このため図４に示される基本例と比較して、交流波形全体が振幅方向でみて正（＋）の方向にシフトされていることがわかる。なお、その他の値については基本例と同様である。

現像バイアス電圧の直流成分は、現像画像の濃度や線幅等の画質に大きく寄与するものである。このため第１制御例のように、現像スリーブ３７の負荷に応じて現像バイアス電圧の直流成分の出力を可変に制御することで、濃度むらやカブリ、線幅の変動等を防止することができる。

〔第２制御例〕
図６は、図４に示される基本形の波形において、そこから現像バイアス電圧の交流成分を可変制御した場合の第２制御例を示す概略図である。この第２制御例では、図４に示される現像バイアス電圧の基本例に対して、交流成分のピーク電圧Ｖｐｐを１．６ｋＶから１．７ｋＶに変更するとともに、デューティ比を３０％から４０％に変更している。なお定電圧直流電圧については、基本例と同様に２００Ｖを出力している。

このように現像バイアス電圧の交流成分についても負荷の変動に応じて可変制御することにより、最終的に現像バイアス電圧を最適値として現像を行うことができる。

〔第３制御例〕
図７は、図４に示される基本例の波形において、そこから現像バイアス電圧の交流成分及び直流成分の各々の出力を可変制御した場合の第３制御例を示す概略図である。なお、ここでは図５に示される第１制御例の直流成分と図６に示される第２制御例の交流成分とを重畳した現像バイアス電圧の波形を示しているが、これに限られるものではない。第３制御例においては、図４に示される基本例に比較して出力波形の振幅及びデューティ比が増加されているとともに、振幅方向でみて正の方向に波形全体がシフトされていることがわかる。

以上のように、本実施形態の画像形成装置１によれば、現像スリーブ３７の負荷の変動に応じて、現像バイアス電圧の直流成分及び交流成分の各々の出力を可変に制御することが可能である。これにより、現像スリーブ３７と感光体ドラム３２との間に生じる電界の強度を一定に保持し、現像画像の品質の劣化を防止することができる。

本発明は上述した一実施形態に制約されることなく、種々に変更して実施可能である。例えば、交流成分の周波数やデューティ比、ピーク電圧、直流成分の電圧の値、シフト量等はいずれも実施形態で挙げた値に限定されることなく、現像バイアス電圧として好適な値に可変制御することができる。

また負荷検出回路６０は、電流値だけでなく、インピーダンスなどの他の測定結果に基づいて現像スリーブ３７の負荷を検出することも可能である。

制御回路６２は現像スリーブ３７と感光体ドラム３２との間で生成される電界の強度が変動することによって生じる現像スリーブ３７の負荷の変動のみならず、電源電圧の変動などによって生じる現像スリーブ３７の負荷の変動も制御することができる。

一実施形態では、制御回路６２が制御プログラム（ソフトウェア）を用いて可変制御を行っているが、例えば負荷検出回路６０からの検出信号をフィードバック信号としてアナログ的に各電源部５２，５４の出力を可変制御する制御回路をハードウェアによって実現してもよい。

さらに、本発明は種々の感光体特性を有した感光体ドラム３２に適用できる。特に本発明では、アモルファスシリコンの感光体に好適であるが、これに限らず有機感光体（ＯＰＣ）を用いた感光体ドラム３２を適用してもよい。

１ 画像形成装置
２６，２７，２８，２９ 画像形成ユニット
３２ 感光体ドラム
３７ 現像スリーブ
５０ 電源ユニット
５２ 直流電源部
５４ 交流電源部
５８ 現像バイアス電源部
６０ 負荷検出回路
６２ 制御回路

Claims (7)

1. 像担持体の表面に形成された静電潜像を、現像剤担持体に担持された現像剤により現像する際、前記現像剤担持体に対して前記現像剤を用いた前記静電潜像の現像に必要な現像バイアス電圧として定電圧直流電圧と定電圧交流電圧とを重畳した電圧を印加する高圧電源装置であって、
   前記現像バイアス電圧に含まれる直流成分を出力する定電圧直流電源部と、
   前記現像バイアス電圧に含まれる交流成分を出力する定電圧交流電源部と、
   前記静電潜像の現像に要する負荷の変動に応じて前記直流成分及び前記交流成分の各々の出力を可変に制御する制御回路と
   を備えたことを特徴とする高圧電源装置。
2. 請求項１に記載の高圧電源装置であって、
   前記静電潜像の現像に要する前記現像剤担持体の負荷を検出する負荷検出回路をさらに備え、
   前記制御回路は、
   前記負荷検出回路により検出された負荷の変動に応じて前記各々の出力を可変に制御することを特徴とする高圧電源装置。
3. 請求項２に記載の高圧電源装置であって、
   前記負荷検出回路は、
   前記現像剤担持体と前記像担持体との間に生じる電界の強度に基づいて前記現像剤担持体の負荷を検出し、
   前記制御回路は、
   前記直流成分及び前記交流成分の出力の各々について、前記現像剤担持体の負荷に対応した出力の適正値を予め記憶した記憶部を有しており、この記憶部から前記負荷検出回路により検出された負荷に対応する適正値を読み出して前記直流成分及び前記交流成分の出力の各々を制御することを特徴とする高圧電源装置。
4. 表面に静電潜像が形成される像担持体と、
   前記像担持体に対向して配置され、前記静電潜像を現像するための現像剤を担持した現像剤担持体と、
   前記現像剤担持体に対し、前記現像剤を用いた前記静電潜像の現像に必要な現像バイアス電圧として定電圧直流電圧と定電圧交流電圧とを重畳した電圧を印加する電源ユニットとを備えた画像形成装置であって、
   前記電源ユニットは、
   前記現像バイアス電圧の直流成分を出力する定電圧直流電源部と、
   前記現像バイアス電圧の交流成分を出力する定電圧交流電源部と、
   前記静電潜像の現像に要する前記現像剤担持体の負荷の変動に応じて前記直流成分及び前記交流成分の各々の出力を可変に制御する制御回路と
   を有することを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項４に記載の画像形成装置であって、
   前記電源ユニットは、
   前記静電潜像の現像に要する前記現像剤担持体の負荷を検出する負荷検出回路をさらに有しており、
   前記制御回路は、
   前記負荷検出回路により検出された負荷の変動に応じて前記各々の出力を可変に制御することを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項５に記載の画像形成装置であって、
   前記負荷検出回路は、
   前記現像剤担持体と前記像担持体との間に生じる電界の強度に基づいて前記現像剤担持体の負荷を検出し、
   前記制御回路は、
   前記直流成分及び前記交流成分の出力の各々について、前記現像剤担持体の負荷に対応した出力の適正値を予め記憶した記憶部を有しており、この記憶部から前記負荷検出回路により検出された負荷に対応する適正値を読み出して前記直流成分及び前記交流成分の出力の各々を制御することを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項４から６のいずれかに記載の画像形成装置であって、
   前記像担持体は、
   表面にアモルファスシリコンの感光体を有することを特徴とする画像形成装置。

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